Simulation numérique de la condensation / évaporation et de la coagulation des nanoparticules

Marion Devilliers (1, 2) , C. Seigneur (2) , Edouard Debry (1) , Karine Sartelet (2) , Bertrand Bessagnet (1) , Laurence Rouil (1)

1 INERIS - Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques
2 CEREA - Centre d'Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique

Aware of the risks related to nanoparticles (particles which present at least one dimension less than 100 nanometers), INERIS decided in 2009 to create a research program in order to develop a model that would be able to simulate the dynamic of nanoparticles in both confined and free atmospheres. The distinction with usual models is that we need to follow the evolution of the number of particles together with their the mass : in order to simulate the evolution of nanoparticles, the number is much more relevant. A comparative review of algorithms currently used in air quality models and new algorithms adapted to nanoparticles is presented. This first study addresses condensational growth, evaporation and coagulation. The model is to be integrated in chemistry-transport models (CHIMERE) and in CFD models (code_Saturne EdF).

Conscient des risques liés aux nanoparticules (particules dont au moins une des dimensions est inférieure à 100 nanomètres), l'INERIS(1) a engagé en 2009 un programme de recherche en collaboration avec le CEREA(2) afin de développer un modèle capable de simuler les transformations des nanoparticules dans les ambiances intérieures (espaces confinés) comme dans l'atmosphère. En effet, les nanoparticules sont notamment susceptibles de coaguler, de grossir par condensation, et de se déposer sur les parois; ce qui modifie leur granulométrie. Une des problématiques liée à la modélisation des nanoparticules est que leur nombre est déterminant devant leur masse, tout au contraire des particules étudiées jusqu'à présent (particules fines ou grossières dont une des dimensions est supérieure à 100 nanomètre). Différents schémas numériques ont été développés pour simuler la condensation/évaporation d'une population de particules, et un noyau de coagulation issu d'algorithmes usuels a été intégré. L'inter-comparaison de ces schémas met en évidence que certains sont plus adaptés que d'autres pour les nanoparticules. Les algorithmes qui sont appropriés pour toutes les tailles de particules sont présentés. A terme, ce modèle de dynamique des nanoparticules a vocation à être intégré dans des modèles de dispersion atmosphérique (CHIMERE) et des modèles CFD (code_Saturne EdF)

Domaines: Sciences de l'environnement

Marion Devilliers, C. Seigneur, Edouard Debry, Karine Sartelet, Bertrand Bessagnet, et al.. Simulation numérique de la condensation / évaporation et de la coagulation des nanoparticules. 26. Congrès Français sur les Aérosols (CFA 2011), Jan 2011, Paris, France. pp.NC. ⟨ineris-00973607⟩